常压等离子体预处理对桑蚕丝织物数码印花的影响

朱卫华

（东莞职业技术学院，广东 东莞 523808）

桑蚕丝纤维为蛋白质纤维，其织物具有光滑、柔软、轻盈、光泽度高、凉爽舒适、高柔弹性及手感柔和等许多优异的服用性能，常用于高档家居及服饰产品[1]。桑蚕丝纤维内部结构与理化性能对其织物的数码喷墨印花的工艺和效果有着明显影响[2]，桑蚕丝织物的前处理步骤是改善桑蚕丝纤维数码印花品质的重要工序。目前企业对桑蚕丝织物的前处理方法主要有高温冷冻、化学处理、机械复合及等离子体法[3]。前三者有易损伤、高耗能、高污染及高成本等问题[4]，而等离子体技术有节水、节能、环保和高效的优点[5]。

常压等离子体技术是一种新型纤维表面改性和整理技术，其物理干式处理方式具有低污染、低能耗、低成本的特点[6]，适合应用于桑蚕丝织物的表面改性。常压等离子体对桑蚕丝织物的层状结构表面进行刻蚀处理，使桑蚕丝纤维表面产生裂痕，同时引进亲水基团，减弱丝素与丝胶的结合力，加速丝胶的水溶性，可以较快地将丝胶在后整理过程中溶解去除[7]，增加了桑蚕丝织物的润湿性及吸水性。相对于传统的印花技术，数码印花具有低用水、低能耗、低污染、短周期、艳色彩及多花型等优点。随着消费者对桑蚕丝织物上的需求转向多样式及个性化，数码印花在桑蚕丝织物的应用越来越普及[8]。本试验在常压情况下使用大面积放电的等离子体技术对桑蚕丝织物进行表面改性，根据桑蚕丝织物数码印花后的润湿性能变化，确定常压等离子体处理的最佳工艺参数；根据桑蚕丝织物数码印花后的得色量、渗透率、色牢度、脱糊率及断裂强力等各项指标，研究常压等离子体预处理对桑蚕丝织物数码印花性能的影响。

一、试验部分

1.试验材料与试验仪器

试验材料：100%桑蚕丝织物（60 g/m2，吴江市万佳纺织有限公司），岛精活性染料（日本岛精公司），尿素CAS：57-13-6、硫酸钠CAS：7757-82-6、碳酸氢钠CAS：144-55-8（东莞市勋源化工有限公司）,海藻酸钠CAS：9005-38-3（郑州龙生化工产品有限公司），渗透剂CAS：68439-50-9（天津科维津宏环保科技有限公司）。

试验仪器：PlasmaFlecto 30常压等离子体设备（德国PlasmaTechnology公司），Ultra Scan PRO测色仪（美国Hunter Lab 公司），SIP-160FZL数码印花机（日本岛精公司），YG026MG电子织物强力机（温州方圆仪器有限公司），视频光学接触角测量仪（德国KRUSS公司），YG 571B色牢度测试仪（温州际高检测仪器有限公司）。

2.常压等离子体及数码印花工艺

（1）常压等离子体预处理

将桑蚕丝织物样品放在PlasmaFlecto 30常压等离子体设备的下极板上，压紧垫片，平整布面，通入适量氩气，调节压强至所需值，预热40 min后，启动设备发生器开始放电，达预定时间后，关闭进气阀，打开设备的放气阀，取出样品，放于干净地方备用[9]。

（2）桑蚕丝织物数码印花工艺

工艺流程[10]：处理图片→调浆上浆→烘干预处理（温度60 ℃、时间25 min）→喷墨印花（温度24℃、湿度62 %）→烘干（温度60℃、时间40 min）→汽蒸(温度90℃、时间60 min)→烘干（温度60 ℃、时间40 min）→洗水→烘干（温度150℃、时间3 min）。

3.测试方法

（1）润湿性

经常压等离子体处理后，对样品进行数码印花，然后使用视频光学接触角测量仪测试桑蚕丝织物的润湿性能，润湿时间越短表明织物的湿润性能越好，反之，润湿时间越长则表明湿润性能越差。

（2）得色量

使用Ultra Scan PRO测色仪对数码喷墨印花后的桑蚕丝织物样品的4个单色色块分别在6个位置进行测量，取6次测量的平均值为得色量（K/S值），K/S值越大说明织物的染色性能越好[11]。

（3）渗透率

按照得色量的测试方法，可以测试并得到桑蚕丝织物样品的正反面得色量K/S值，使用公式（1）能够计算出桑蚕丝织物样品数码喷墨印花后的渗透率，渗透率越高表明织物的渗透性能越好[12]。

（4）色牢度

桑蚕丝织物数码印花耐皂洗色牢度依照GB/T 3291-2008《纺织品 色牢度试验 耐皂洗色牢度》标准进行测试；耐摩擦色牢度依照 GB/T 3920-2008《纺织品 色牢度试验 耐摩擦色牢度》测试标准进行测试。

（5）脱糊率

采用减量法得到桑蚕丝织物数码印花后的脱糊率D。取50 cm×50 cm的样品经烘干后测其质量为Q1，经等离子体及上浆前处理的数码印花后烘干测试其质量为Q2，再经汽蒸、洗水、烘干等后处理再测试其质量为Q3，由公式（2）可得到脱糊率D。

（6）断裂强力

依照GB/T 3921.1-1997《纺织品 织物拉伸性能第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定 条样法》的测试标准，取5条50 cm×10 cm的桑蚕丝织物样品放入恒温恒湿（温度25℃、湿度65 %）的条件下18 h，用电子织物强力机设备进行测试，各取其经向纬向测量的平均值[13]。

二、结果与讨论

1.常压等离子体最佳工艺参数

（1）最佳输出功率

常压等离子体输出功率对桑蚕丝织物的数码印花效果影响很大，功率太小对桑蚕丝纤维表面改性效果弱，功率太大又会降低桑蚕丝纤维的断裂强力，本试验设定作用时间和气体流速分别为10 min和2.0 L/min，输出功率分别为50-100 W，研究输出功率对桑蚕丝织物润湿性能的影响，测试结果如表1所示。

表1 常压等离子体输出功率对桑蚕丝织物润湿性能的影响

由表1可看出，润湿时间随着输出功率的增大而减少,桑蚕丝织物润湿性能得以不断提高，这是由于随着输出功率的增加，常压等离子体中高速电子的活性和数目都有所增加，亲水基团在桑蚕丝纤维表面更容易形成，亲水性能得以提高，润湿时间减少。当输出功率为80 W时，润湿时间降到198 ms,润湿性能大大提高，之后，随着输出功率的不断增加，润湿时间虽有下降但不太明显，从节能和实际考虑，确定常压等离子体的最佳输出功率为80 W。

（2）最佳作用时间

常压等离子体作用时间对桑蚕丝织物的表面改性影响明显，作用时间太久损伤桑蚕丝纤维，时间太短达不到好的改性效果。将常压等离子体输出功率和气体流速分别设定为80 W、2.0 L/min，作用时间分别为6-12 min，桑蚕丝织物的润湿时间变化结果如表2所示。

表2 常压等离子体作用时间对桑蚕丝织物润湿性能的影响

从表2可得知，经常压等离子体预处理，随着作用时间的不断加大，桑蚕丝织物的润湿时间不断下降，当作用时间从6 min到10 min，桑蚕丝织物的润湿时间从1105 ms迅速降到234 ms。这是因为常压等离子体所产生的高能粒子对桑蚕丝纤维的刻蚀由表及里，当作用时间较短时，高能粒子与桑蚕丝纤维表面的碰撞较少，刻蚀作用较弱，润湿性能不强。当作用时间不断增加，桑蚕丝纤维表面与高能粒子的碰撞频繁，促使高能粒子顺利进入桑蚕丝纤维内部，导致桑蚕丝织物的润湿时间变短，亲水性能变强。之后，随着作用时间的增加润湿时间虽有所下降，但变化不大，综合来看，最佳作用时间为10 min。

（3）最佳气体流速

常压等离子体的气体流速可以促进光辉放电，增加常压等离子体的空间能量。确定作用时间为10 min、输出功率为80 W，气体流速分别为0.25-2.5 L/min，桑蚕丝织物的润湿时间变化结果如表3所示。

表3 常压等离子体气体流速对桑蚕丝织物润湿性能的影响

由表3可得知，随着气体流速的增加桑蚕丝织物数码印花后的润湿时间持续降低。这是由于气体流速较慢时，高能粒子产生较少、活性较弱，随着气体流速的加快，能够带走更多空间热量，提高放电的稳定性，可以产生更多的辉光放电，促进更多能量的加入，从而加强了桑蚕丝纤维表面的刻蚀和降解作用，缩短了桑蚕丝织物的润湿时间，提高了润湿性能。当气体流速为2.0 L/min时，润湿时间大幅下降到198 ms，之后，随着气体流速的不断增加，润湿时间变化不大，综合分析，常压等离子体的最佳气体流速应为2.0 L/min。

从以上测试结果可得，常压等离子体最佳工艺参数为：输出功率80 W,作用时间10 min，气体流速2.0 L/min。

2.对染色性能的影响

分别将未经常压等离子体处理的桑蚕丝织物和经过最佳工艺条件下常压等离子体处理过的桑蚕丝织物样品进行数码印花，活性墨水的颜色为青、黄、黑、红等4色，印花后测试得色量，如表4所示。

表4 常压等离子体处理前后的得色量

从表4可得知，经常压等离子体处理后的4种颜色的得色量均有所提升，总得色量也由13.5增加到19.8，说明桑蚕丝织物经等离子体处理后染色性能有明显提升。这是由于经过常压等离子体处理后，桑蚕丝纤维的表面层被刻蚀和氧化，桑蚕丝织物的亲水性能提高，有利于活性墨水向桑蚕丝纤维内部渗透，提高了织物的染色性能。

3.对渗透性能的影响

常压等离子体预处理对织物数码印花的渗透性能有明显影响，按照相应的方法测试桑蚕丝织物的渗透率，常压等离子体处理前后桑蚕丝织物的渗透率见表5。

表5 常压等离子体处理前后的渗透率

从表5可知，桑蚕丝织物的4个色块经过常压等离子体处理后的渗透率均有所提升，这是由于常压等离子体刻蚀了桑蚕丝织物的表面，引入了极性基团，增加了桑蚕丝织物的亲水性能，使活性墨水更容易进入桑蚕丝纤维内部，加快了桑蚕丝织物吸收墨水的速度，同时抑制墨水向四周的扩散，从而提高了桑蚕丝织物的渗透性能。

4.对染色牢度的影响

按照试验部分3.（4）方法测试桑蚕丝织物经过常压等离子体预处理前后的色牢度，测试结果见表6。

表6 常压等离子体处理前后的色牢度

从表6可知，常压等离子体预处理对桑蚕丝织物的数码印花各项色牢度影响很小，与未预处理相比较，桑蚕丝织物仅耐湿摩擦牢度略有下降，但仍为3级，其中耐皂洗和耐干摩擦色牢度保持不变，还是4级和3级。这应该是由于常压等离子体预处理仅对桑蚕丝纤维的表面产生作用，且活性墨水与桑蚕丝纤维相结合的共价键键能较大，导致桑蚕丝织物的色牢度基本没变化；等离子体预处理后桑蚕丝纤维表面的墨水吸附量增加，表面墨水浮色增多，经湿摩擦时更易脱色，因而湿摩擦牢度稍有降低。

5.对织物手感的影响

桑蚕丝织物在数码喷墨印花后需将预处理过程中的浆料去除，否则会影响桑蚕丝织物的手感，脱糊率越高说明浆料去除越好，织物的手感越柔软。经常压等离子体预处理前后桑蚕丝织物的脱糊率有变化；桑蚕丝织物的脱糊率未经常压等离子体预处理时为91.3 %，经常压等离子体预处理后为88.2 %，说明经常压等离子体预处理后脱糊率略有降低，桑蚕丝织物的手感略有下降。这是因为常压等离子体预处理会刻蚀桑蚕丝纤维的表面，使桑蚕丝纤维表面变得粗糙；还有活性自由基较大的分子被降解后，会与相邻分子中的自由基产生交联并形成交联层，使桑蚕丝纤维组织结构更紧密，增加了纤维表面的粗糙感，桑蚕丝织物手感从而变硬变差。

6.对断裂强力的影响

桑蚕丝织物样品经常压等离子体处理前后的断裂强力测试结果可得知，未预处理的断裂强力为485.6 N，预处理后的为528.8 N经常压等离子体处理后的桑蚕丝织物数码印花的断裂强力有大幅提升，这主要是由于等离子体处理破坏了桑蚕丝纤维的表面层，使真丝表面凹凸不平，增加了桑蚕丝纤维表面的粗糙度，增大了纤维间的摩擦及抱合力，但桑蚕丝纤维的内部结构并没有明显改变，所以桑蚕丝织物经等离子体处理后断裂强力有明显提升。

三、结论

第一，从桑蚕丝织物数码喷墨印花润湿性能的变化角度来分析，桑蚕丝织物的常压等离子体预处理最佳工艺参数为：输出功率80 W，作用时间10 min，气体流速2.0 L/min。

第二，经常压等离子体预处理后桑蚕丝织物数码印花的4色得色量均有提升，总得色量增加46.67%，说明染色性能有明显提升。

第三，经常压等离子体预处理后桑蚕丝织物数码印花的青、黄、黑、红4单色的渗透率分别增加9.57%、58.08%、59.16%、64.13%，表明渗透性能有明显增强。

第四，经常压等离子体预处理后桑蚕丝织物数码印花的断裂强力增加8.9%，说明断裂强力有明显提升。

第五，经常压等离子体预处理后桑蚕丝织物数码印花的耐湿摩擦牢度下降0.5级，耐皂洗和耐干摩擦色牢度保持不变。

第六，经常压等离子体预处理后桑蚕丝织物数码印花的脱糊率降低3.4%，织物手感稍有变硬变差。